Акумулятори теплоти

Необхідність акумулювання теплоти в геліосистемах обумовлена невідповідністю в часі й за кількісними показниками надходження сонячної радіації й теплоспоживання. Потік сонячної енергії змінюється протягом доби від нуля в нічний час до максимального значення в сонячний полудень (рис. 3, а):

Рис. 3. Річний (а) і добовий (б) хід надходження сонячної енергії (Е) і теплового навантаження (Q), опалення й гарячого водопостачання

Оскільки теплове навантаження опалення максимальне в грудні — січні, а надходження сонячної енергії в цей період мінімально (рис. 3, а), для забезпечення теплоспоживання (Q) необхідно вловлювати сонячної енергії (Е) більше, ніж потрібно в цей момент (E₁), а її надлишок (Е₂) накопичувати в акумуляторі теплоти. Запас енергії в акумуляторі може бути розрахований на кілька годин або діб при короткостроковому акумулюванні й на кілька місяців — при сезонному акумулюванні. Слід зазначити, що застосування сезонних акумуляторів поки економічно недоцільно. У цілому ж застосування акумулятора теплоти підвищує ефективність геліосистеми й надійність теплопостачання.

Низькотемпературні системи акумулювання теплоти охоплюють діапазон температур від 30 до 100 °С и використовуються в системах повітряного (30°С) і водяного (30—90 °С) опалення й гарячого водопостачання (45 — 60 °С). Система акумулювання теплоти, як правило, містить резервуар, теплоакумулюючий матеріал, за допомогою якого здійснюється накопичення й зберігання теплової енергії, теплообмінні пристрої для підведення й відводу теплоти при зарядці й розрядці акумулятора й теплову ізоляцію.

Акумулятори можна класифікувати по характеру фізико-хімічних процесів, що протікають у матеріалах, що теплоакумулюють (ТАМ):

акумулятори ємнісного типу, у яких використовується теплоємність акумулюю чого матеріалу, що нагрівається (охолоджується), без зміни його агрегатного стану (природний камінь, галька, вода, водяні розчини солей і ін.);

акумулятори фазового переходу речовини, у яких використовується теплота плавлення (затвердіння) речовини;

акумулятори енергії, засновані на виділенні й поглинанні теплоти при оборотних хімічних і фотохімічних реакціях.

В акумуляторах першої групи відбуваються послідовно або одночасно процеси нагрівання й охолодження теплоакумулюючого матеріалу або безпосередньо за рахунок сонячної енергії, або через теплообмінник. Цей спосіб акумулювання теплової енергії найбільше широко розповсюджений. Основним недоліком акумуляторів цього типу є їх велика маса і, як наслідок цього, - потреба в великих площах і будівельних об'ємах розраховуючи на 1 ГДж акумульованої теплоти.

Порівняння деяких теплоакумулюючих матеріалів

Характеристика ТАМ	Граніт, галька	Вода	Глауберова сіль (декагидрат сульфату натрію)		Парафін
Щільність, кг/м3	1600	1000	1460Т	1330 Р	786 Р
Теплоємність, кДж/(кг·К)	0,84	4,2	1,92Т	3,26Р	2,89Т
Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м·К)	0,45	0,6	1,85Т	1,714Р	0,498 Р
Маса ТАМ для акумулювання 1 ГДж теплоти при ΔТ = 20 К, кг	59 500	11900	3300		3750
Відносна маса ТАМ стосовно маси води, кг/кг	5	1	0,28		0,32
Об'єм ТАМ для акумулювання 1 ГДж теплоти при ∆Т=20 К, м3	49,6*	11,9	2,26		4,77
Відносний об'єм ТАМ відносно об'єму води, м3/м3	4,2	1	0,19		0,4

Примітки: 1. Позначення ступеня наступні: Т -твердий стан; Р - рідкий стан; * - з урахуванням об'єму порожнеч -25%.